Physique chimie 3 eme Chapitre 4 L`oxydation du fer et de l`aluminium

Physique chimie 3 eme
Chapitre 4
L’oxydation du fer et de l’aluminium
Plan du cours:
1.
Le fer dans l’air
2.
L’air contient du dioxygène
3.
L’aluminium dans l’air
Exercices: livre BELIN page 38 et 39
16-mai-05
Physique Chimie 3eme
Chapitre 4
L’oxydation du fer et de l’aluminium
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1. Le fer dans l’air
LES MÉTAUX DANS L’AIR
1. Le fer dans l’air
Décrire ce qui se produit sur un morceau de fer abandonné à l’air :
Le fer se couvre de rouille.
Quels sont les facteurs qui peuvent agir pour modifier le fer :
La présence de l’air ou de l’un de ses composants et/ou la présence de l’eau agit sur le fer.
Proposer des montages qui permettent de vérifier l’influence d’un ou de plusieurs
facteurs.
Huile
Air
Eau + air
Eau
sans air
Interface
eau + air
Eau salée
Eau
sans air
Interface
eau + air
Eau salée
Huile
Aluminium
Air
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Eau + air
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Observations la semaine suivante :
Clou en
fer (acier)
Air
Eau + air
Eau
sans air
Interface
eau + air
Eau
sans air
Interface
eau + air
Eau salée
Huile
Aluminium
Air
Eau + air
Eau salée
En présence d’air sec ou d’eau dégazée le fer ne rouille pas.
En présence d’eau contenant de l’air le fer rouille. Le fer rouille davantage au contact de
l’air et de l’eau. Le sel facilite la formation de la rouille.
La formation de la rouille est une réaction chimique lente. On obtient à partir des réactifs :
•
eau ;
•
air ;
•
et fer
un corps nouveau : la rouille. C’est une réaction chimique. C’est une oxydation.
La rouille est poreuse, c’est pourquoi la réaction chimique peut se propager en profondeur.
Ce phénomène est la corrosion.
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Document : les aciers inoxydables.
Les aciers inoxydables sont des alliages à base de fer et de chrome qui présentent une très
grande résistance à la corrosion à froid et à chaud dans de nombreux milieux (leur
résistance à la corrosion atmosphérique est multipliée par cent par rapport aux aciers
normaux et les plus complexes peuvent résister à l’attaque des acides chlorhydrique ou
nitrique concentrés).
Le chrome est l’élément d’alliage essentiel de tous les aciers inoxydables et c’est lui qui
leur procure le caractère inoxydable.
Il existe de très nombreuses sortes d’aciers inoxydables :
- les aciers au chrome qui contiennent de 12 à 27 % de chrome. Lorsqu’ils contiennent de
12 à 18 % de chrome, ils sont utilisés pour fabriquer des instruments chirurgicaux ou en
coutellerie à cause de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur bonne résistance à la
corrosion. Lorsqu’ils ont une teneur en chrome plus élevée ils servent en architecture et
pour la fabrication d’ustensiles de cuisine.
- les aciers au chrome nickel qui contiennent environ 18 % de chrome et 10 % de nickel
(aciers dits 18-10). Ils renferment en plus un peu de carbone (moins de 0,15 %) auquel
s’ajoutent le plus souvent du molybdène et du manganèse. Leur très grande résistance à la
corrosion et leur mise en forme facile font que ce sont les plus utilisés dans les industries
chimiques, alimentaires, nucléaires ... (le nickel améliore la résistance à la corrosion acide
et le molybdène renforce l’action du chrome). Ils représentent plus des ¾ de la production
des aciers inoxydables du monde occidental en 1992.
Questions
1 - Citer les principaux métaux entrant dans la composition des aciers inoxydables.
Fer et chrome
2 - Quelle est la différence entre un métal et un alliage ?
Un alliage est un métal auquel on a incorpore un ou plusieurs élément.
3 - À quoi est dû, principalement, le caractère inoxydable d’un acier ?
Au chrome.
4 - Pourquoi les aciers chrome nickel sont-ils les plus utilisés dans l’industrie ?
Car ils ont une très haute résistance a la corrosion
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2. L’air contient du dioxygène
Chercher un montage expérimental qui permette de mesurer la quantité de
dioxygène dans l’air. Pour cela compléter les schémas suivants :
Résultats à utiliser :
L’air contient du dioxygène ;
Le fer rouille en présence de dioxygène et de vapeur d’eau, on utilisera de la paille de fer ;
On cherche la proportion de dioxygène contenu dans l’air.
Montage expérimental
Observations au bout de quelques jours
Compléter clairement le schéma suivant :
Témoin
Témoin
Pailledefer
rouillée
Pailledefer
Eau
La paille de fer est rouillée.
L’eau occupe 1/5 du volume de l’éprouvette à gaz.
Conclusion :
Le dioxygène de l’air a réagi avec le fer pour former de la rouille dans l’air humide. L’eau occupe le volume libéré par le dioxygène.
L’air est composé principalement de 78 % de diazote et de 21 % de dioxygène.
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3. L’aluminium dans l’air Conclusion
Réaliser un schéma
d’un
montage
qui
permette
d’étudier l’oxydation
de
l’aluminium :
Montage expérimental
Observations au bout de quelques jours
H u ile
H u ile
E au
Al
Al
Air
E au
s a n s a ir
I nte rfa c e
e a u + a ir
Air
E au
s a n s a ir
I nte rfa c e
e a u + a ir
Après quelques jours l’aluminium n’a pas
réagi.
Conclusion :
L’aluminium s’oxyde immédiatement au contact de l’air. Il se forme une couche d’oxyde
d’aluminium appelée alumine. L’alumine n’est pas poreuse. Le dioxygène ne la traverse pas.
L’aluminium ne peut donc pas s’oxyder en profondeur.
Conclusion: Comparer les produits formés lors de l’oxydation à l’air libre du
fer et de l’aluminium
Fer
Aluminium
Couleur et aspect du
produit formés lors
de l’oxydation à l’air
libre
De couleur brune, la
Rouille est un
mélange d’oxyde et
d’hydroxyde de fer
De couleur blanche, l’alumine ou oxyde
d’aluminium provient d’une réaction
d’oxydation
Equation bilan de la
réaction chimique
Fer+dioxygène+eau
--> oxyde et
d’hydroxyde de fer
Aluminium+ dioxygène -> oxyde d’aluminium
Inconvénient et (ou)
avantage
La couche de rouille,
poreuse, ne protége
pas le fer et la
corrosion se poursuit
jusqu’à la disparition
totale du fer.
La corrosion de l’aluminium conduit a une
couche d’oxyde d’aluminium, imperméable qui
protége l’aluminium.
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Exercices corriges 6 a 9 page 38
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Exercices corriges 10 a 13 page 39
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Exercices corriges 14 a 16 page 39
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